DE3103508C2

DE3103508C2 - Liquid-cooled electric motor, in particular as a compressor drive for heat pumps

Info

Publication number: DE3103508C2
Application number: DE3103508A
Authority: DE
Inventors: Klaus 3410 Northeim Brocks; Peter Dr.-Ing. 3353 Bad Gandersheim Voss
Original assignee: Individual
Current assignee: Brocks Klaus 3410 Northeim De Voss Peter Dr-
Priority date: 1981-02-03
Filing date: 1981-02-03
Publication date: 1986-05-07
Also published as: DE3103508A1

Abstract

Bei einem elektromotorischen Antrieb, insbesondere einem Verdichterantrieb für Wärmepumpen, ist wenigstens der die Statorwicklung enthaltende abgedichtete Gehäuseinnenraum mit einer Wärmeträgerflüssigkeit gefüllt und mit zugehörigen Einlässen und einem Auslaß in einen Umwälzkreislauf für die Wärmeträgerflüssigkeit eingeschaltet. In einem von der Wärmeträgerflüssigkeit durchströmten Gehäuseendbereich mit dem Flüssigkeitsauslaß ist ein Wärmetauscher angeordnet, der in einen äußeren Wärmekreislauf eingeschaltet ist. Die im Antrieb erzeugte Wärme wird auf diese Weise unmittelbar über die Wärmeträgerflüssigkeit abgeführt und dem Wärmetauscher zugeführt, so daß diese Abwärme unmittelbar in einen äußeren Wärmekreislauf übertragen werden kann, z.B. in den Kreislauf einer Wärmepumpe. Der Wärmetauscher ist zweckmäßig als ein in einem Gehäusedeckel angeordnetes spiralförmig gewundenes Wärmetauschrohr ausgebildet und Einlaß und Auslaß dieses Wärmetauschrohrs sind derart angeordnet, daß das Wärmetauschrohr radial von der Wärmeträgerflüssigkeit angeströmt wird und dadurch im Gegenstrom wirkt.In the case of an electromotive drive, in particular a compressor drive for heat pumps, at least the sealed housing interior containing the stator winding is filled with a heat transfer fluid and connected with associated inlets and an outlet to a circulation circuit for the heat transfer fluid. In a housing end area through which the heat transfer fluid flows and with the fluid outlet, a heat exchanger is arranged, which is connected to an external heat circuit. In this way, the heat generated in the drive is dissipated directly via the heat transfer fluid and fed to the heat exchanger so that this waste heat can be transferred directly to an external heat circuit, e.g. in the circuit of a heat pump. The heat exchanger is expediently designed as a spirally wound heat exchange tube arranged in a housing cover and the inlet and outlet of this heat exchange tube are arranged in such a way that the heat transfer tube flows radially against the heat transfer fluid and thus acts in countercurrent.

Description

von der Funktion hinsichtlich der Wärmeabfuhr und des Wärmetausches her ist es von Vorteil, wenn in weiterer Ausgestaltung der Erfindung der Wärmetauscher in einem Gehäusedeckel mit Einlaß am Umfang und zentral gelegenem Auslaß angeordnet ist und der Auslaß für die Wärmeträgerflüssigkeit ebenfalls zentral gelegen im Gehäusedeckel angeordnet ist Der Wärmetauscher kann entweder als Platte oder als RohrschJangs ausgebildet sein. Durch die Zuordnung der beiden Auslässe von Wärmetauscher und Wärmeträgerflüssigkeit im zentraien Bereich des Gehäusedeckels wird erreicht, daß der Wärmetauscher radial von der Wärmeträgerflüssigkeit angeströmt wird und wie ein Gegenstromapparat wirkt Baulich läßt sich sowohl der Wärmetauscher als auch der Auslaß für die Wärmeträgerflüssigkeit besonders günstig im Gehäusedeckel anordnen, ohne die übliche Gehäuseform verlassen zu müssen. Hierbei hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn der Wärmetauscher als ein im Gehäusedeckel angeordnetes spiralförmig gewundenes Wärmetauschrohr ausgebildet ist Diese Ausbildung fördert ganz besonders das radiale Anströmen und die Gegenstrom/unktion, und es kommt diese Bauform zugleich der Gehäusegestaltung im Innern des Deckels besonders entgegen, und zwar insbesondere für Elektromotore mit Trennhaube.In terms of the function in terms of heat dissipation and heat exchange, it is advantageous if in further Embodiment of the invention of the heat exchanger in a housing cover with inlet on the periphery and in the center Located outlet is arranged and the outlet for the heat transfer fluid is also centrally located in Housing cover is arranged. The heat exchanger can be designed either as a plate or as a pipe tube be. By assigning the two outlets of the heat exchanger and heat transfer fluid in the central area of the housing cover is reached, that the heat exchanger flows radially from the heat transfer fluid and like a countercurrent device Structurally, both the heat exchanger and the outlet for the heat transfer fluid can be used Arrange particularly favorably in the housing cover without having to leave the usual housing shape. Here it has proven to be particularly advantageous if the heat exchanger is arranged as one in the housing cover Spirally wound heat exchange tube is formed This training is particularly beneficial the radial oncoming flow and the countercurrent flow, and this type of construction comes at the same time as the housing design in the interior of the lid especially against, in particular for electric motors with a separating hood.

Eine besonders zweckmäßige Bauform, die für Elektromotore mit Trennhaube oder Spaltrohr besonders geeignet ist, wird in weiterer Ausgestaltung der Erfindung dadurch erreicht, daß der im wesentlichen zylindrische und die Statorwicklung tragende Gehäusehauptteil jeweils über eine Profildichtung mit dem Gehäuseboden einerseits, insbesondere dem Rotorflansch, und mit dem Gehäusedecke! andererseits gegenüber der Wärmeträgerflüssigkeit abgedichtet lösbar verbunden ist und daß im zum Gehäuseboden gelegenen Umfangsbereich des Gehäusehauptteils auf dem Umfang verteilt Einlasse für die Wärmeträgerflüssigkeit angeordnet sind. Hierdurch wird eine Baueinheit aus Gehäusedeckel, Gehäusehauptteil unu Statorwicklung erzielt, die leicht montiert und demontiert werden kann und als solche Baueinheit auf das übrige Rotorsystem, insbesondere die Trennhaube oder das Spaltrohr, aufgeschoben und mit dem Gehäuseboden, insbesondere dem Rotorflansch, lösbar verbunden werden kann. Hierbei lassen sich die für die Wärmetransport- und Wärmetauschfunktion erforderlichen Anordnung und Flüssigkeitsverläufe besonders günstig gestalten, wie sie vorstehend im einzelnen beschrieben sind.A particularly useful design, especially for electric motors with a separating hood or can is suitable, is achieved in a further embodiment of the invention that the substantially cylindrical and the main housing part carrying the stator winding, each via a profile seal with the housing base on the one hand, especially the rotor flange, and with the housing cover! on the other hand with respect to the heat transfer fluid is connected in a sealed releasable manner and that in the circumferential area of the housing bottom located Housing main part distributed on the circumference inlets for the heat transfer fluid are arranged. Through this a unit consisting of the housing cover, the main housing part and the stator winding is achieved which is easy to assemble and can be dismantled and as such a structural unit on the rest of the rotor system, in particular the separating hood or the can, pushed on and releasable with the housing base, in particular the rotor flange can be connected. This can be used for the heat transport and heat exchange function Make arrangement and fluid courses particularly favorable, as described in detail above are.

Aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Zeichnung ergeben sich weitere Einzelheiten.From the following description of an embodiment of the invention with reference to the drawing get more details.

Die Zeichnung zeigt im Längsschnitt einen flüssigkeitsgekühlten Elektromotor für einen Verdichter, wie er bei Wärmepumpen eingesetzt wird, wobei der Elektromotor als Trennhaubenmotor ausgebildet ist.The drawing shows in longitudinal section a liquid-cooled electric motor for a compressor, such as it is used in heat pumps, the electric motor being designed as a separating hood motor.

Bei dem dargestellten Elektromotor trägt der in üblicher Weise ausgebildete zylindrische Gehäusehauptteil 1 als Statorgehäuse die Statorwicklung 2 mit dem Feldpaket 11. Dieser Gehäusehauptteil 1 ist an seiner einen Stirnfläche über eine geeignete Profildichtung 3 gegen den Flansch 4 zwischen der Trennhaube 12 und dem Lagerflansch 13 für den Rotor 17 gegenüber der noch zu beschreibenden Wärmeträgerflüssigkeit abgedichtet angeschlossen. Im F? M des Verdichterantriebs stellt der Lagerflansch 13 den Gehäuseboden gegenüber dem Kurbelraum des Verdichters dar.In the case of the electric motor shown, the main cylindrical housing part, which is designed in the usual manner, carries 1 as the stator housing, the stator winding 2 with the field packet 11. This main housing part 1 is at its one End face via a suitable profile seal 3 against the flange 4 between the separating hood 12 and the Bearing flange 13 for the rotor 17 is sealed against the heat transfer fluid to be described connected. In the F? M of the compressor drive represents the Bearing flange 13 represents the housing bottom opposite the crankcase of the compressor.

Die andere Stirnfläche des den Stator 2,11 tragenden Gehäusehauptteils 1 ist über eine weitere Profildichtung 5 abgedichtet mit einem Gehäusedecke! 6 gegenüber der Wärmeträgerflüssigkeit dicht verbunden. Diese Verbindungen sind lösbar gestaltet z. B. mit Hilfe geeigneter Schraubbolzen la.The other end face of the stator 2.11 supporting Housing main part 1 is sealed by a further profile seal 5 with a housing cover! 6 opposite the heat transfer fluid tightly connected. These connections are made detachable z. B. with the help of suitable Bolt la.

Der so zwischen der Trennhaube 12 und dem Gehäuse 1,4,13 und 6 gebildete, die Statorwicklung 2 mit dem Feldpaket 11 enthaltende Gehäuseinnenraum 14 ist mit einer Wärmeträgerflüssigkeit gefüllt wie durch die Punktierungen im Gehäuseinnenraum 14 wiedergege-The so formed between the separating hood 12 and the housing 1, 4, 13 and 6, the stator winding 2 with the Housing interior 14 containing field package 11 is filled with a heat transfer fluid as through the Dots in the interior of the housing 14 are shown

to ben ist In dem Lagerflansch 13 zugewandten Gehäuseendbereich sind im Gehäusehauptteil 1 auf dem Umfang verteilt Einlasse 15 für die Wärmeträgerflüssigkeit vorgesehen. Der Gehäusedeckel 6 trägt zentral gelegen einen Auslaßstutzen 10 für diese Wärmeträgerflüssigkeit Die Einlasse 15 und der Auslaß 10 sind, wie die Zeichnung zeigt an einen Umwälzkreislauf mit einer Umwälzpumpe 16 angeschlossen, so daß also der Gehäuseinnenraum 14 in diesen Umwälzkreislauf für die Wärmeträgerflüssigkeit eingeschalte* istto ben is In the bearing flange 13 facing housing end area are in the main housing part 1 on the circumference distributed inlets 15 provided for the heat transfer fluid. The housing cover 6 carries an outlet connection 10 for this heat transfer fluid in a central location The inlets 15 and the outlet 10 are, as the drawing shows, a circulation circuit with a Circulation pump 16 connected, so that the housing interior 14 in this circulation for the Heat transfer fluid is switched on *

Der Gehäusedecke! 6 trägt innen turner einen Wärmetauscher in Gestalt eines Rohrs 7 aus einem hochwärmeleitfähigen Material, insbesondere aus Metall, welches Wärmetauscherrohr 7 derart spiralförmig geführt ist, daß es am Umfang des Gehäusedeckels 6 zu einem Einlaß 8 und unmittelbar neben dem Auslaßstutzen 10 für die Wärmeträgerflüssigkeit zu einem zentral gelegenen Auslaß 9 geführt ist Dieses Wärmetauscherrohr 7 ist in einen äußeren Wärmekrei^lauf eingeschaltet z. B. in den Heizwasserkreislauf einer äußeren Wärmepumpe. Der Wärmetauscher, der auch z. B. plattenförmig ausgebildet sein kann, ist somit unmittelbar von einem Wärmeträgermedium einer Wärmenutzungsanlage durchströmt. Durch die besondere Anordnung und Ausgestaltung des Wärmetauschers 7, insbesondere durch die Spiralform und die Lage des Einlasses und des Auslasses, wird dieser Wärmetauscher 7 von der Wärmeträgerflüssigkeit radial angeströmt und wirk* somit wie ein GegenstromapparatThe top of the case! 6 inside turner carries a heat exchanger in the form of a tube 7 made of a highly thermally conductive material, in particular made of metal, which heat exchanger tube 7 is helically guided in such a way that it closes on the circumference of the housing cover 6 an inlet 8 and immediately next to the outlet port 10 for the heat transfer fluid to a central one Located outlet 9 is guided. This heat exchanger pipe 7 is switched on in an external heat circuit z. B. in the heating water circuit of an external heat pump. The heat exchanger, which also z. B. plate-shaped can be formed, is thus directly from a heat transfer medium of a heat recovery system flows through. Due to the special arrangement and configuration of the heat exchanger 7, in particular Due to the spiral shape and the position of the inlet and outlet, this heat exchanger 7 is of the heat transfer fluid Radial flow and thus acts * like a countercurrent device

Die Wärmeträgerflüssigkeit ist zweckmäßig ein Trägerol, das derart ausgewählt wird, daß es die Wicklungen des Elektromotors und insbesondere die Lackierungen der Wicklungen und der Feldpakeie nicht angreift.The heat transfer fluid is expediently a carrier oil, which is selected so that it the windings of the electric motor and especially the paintwork that does not attack the windings and the Feldpakeie.

Die Zeichnung zeigt lediglich ein Ausführungsbeispiel im Zusammenhang mit einem Trennhaubenmotor. Die durch die Erfindung geschaffene Anordnung kann jedoch mit gleichem Erfolg bei Spaltrohrmotoren wie auch bei anderen Elektromotoren eingesetzt werden, bei denen dann der jeweils von den Wicklungen und deren Bauteilen eingenommene Gehäuseinnenraum von der Wärmeträgerflüssigkeit durchströmt wird. Die Zeichnung macht auch deutlich, daß handelsübliche Motor- r~d Gehäuseformen mit den zur Verwirklichung der Erfindung erforderlichen Teilen und Anschlüssen ausgerüstet werden Lönnen.The drawing shows only one embodiment in connection with a separating hood motor. the However, the arrangement created by the invention can be used with canned motors as well as can also be used in other electric motors, in which then each of the windings and The interior of the housing occupied by the components is traversed by the heat transfer fluid. the The drawing also makes it clear that commercially available motor housing shapes can be used with the The parts and connections required for the invention can be fitted.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

1 2 ring is In another known liquid- patent claims: a cooled electric motor (GB 10 77 485) is indeed the interior of the housing from a heat transfer fluid

1. Liquid-cooled electric motor, in particular with flow, and for this purpose inlets and outlets are provided as compressor drives for heat pumps, with FIG. However, this known arrangement is used for a stator winding arranged in a housing and exclusively for cooling the stator winding; there is no further heat exchange function and in particular the housing interior, the liquid inlet and any waste heat utilization. The same also applies to the three-stage cooling of an electric motor on one housing end area and a liquid three-stage cooling after a similar outlet on the opposite end of the housing io their known arrangement (DE-GM 17 16 375).
rich, characterized in that the invention is based on the object of providing a flüsd that the housing-cooled electric motor sealed against the rotor (17) and the initially enclosed interior space (14) contains the stator winding (2) of the same type, in particular a compressor Liquid inlet and outlet (15, 10) to create the drive for heat pumps, with which the waste heat transfer fluid of the housing interior 15 heat the winding and winding components directly, i.e. (14) is switched into a circulation circuit and without heat conduction and thus the resulting heat drain the case containing the liquid outlet (10), can be used for the connected system and the heat transfer fluid can flow through it.

Housing end area (x) into an external heat- This is according to the invention by the character-

circuit for heat recovery, including the features of claim 1 achieved by

teter heat exchanger (7) is arranged se measures it is possible to reduce the waste heat of the winding

2. Electric motor according to claim 1, thereby gel system almost on the generation level indicates that the heat exchanger (7) is in one of the heat exchangers and the respective outer heat housing cover (6) to supply with inlet (8) on the circumference and circuit, similar to an ohmic one centrally located outlet (9) is arranged and the 25 heating element in a liquid to be heated It has Outlet (10) for the heat transfer fluid is also shown that the heat gradient through the invention Centrally located in the housing cover (6) can be reduced to 3 K for the level of use, is through this immediate and highly effective heat

3. Electric motor according to claim 2, characterized by discharge, low winding temperatures can be identified, that the heat exchanger (7) as one im 30 aiming at one? higher magnetic utilization Guide the housing cover (6) arranged spirally along the stator. Furthermore, the high heat dissipation leads wound heat exchange tube is formed so that the induction heat on the components of the

4. Electric motor according to one of claims 1 to 3, winding system, in particular on the can or on characterized in that / * r essentially the separating hood, not for additional heat-generating cylinders and the stator winding (2,11) carrying 35 development lead to the windings themselves, as they are of the Main housing part (1) each via a Profiidich heat transfer fluid, aiso the heat transfer oil (3.5) with the housing base (4.13) on the one hand can be discharged straight away. A moisture seal on the and with the housing cover (6) on the other hand, counter windings can be made by a hermetically sealed Sealed above the heat transfer fluid, detachable, system safely excluded from submersion in oil is and that in the housing bottom (4,13) 40 the. Finally, the increased heat dissipation leads Located peripheral area of the main housing part also means that the heat level of the rotor is low (1) Inlets (15) distributed around the circumference for the heat transfer fluid held and thus the wear and tear on the rotor bearing are arranged. can be discontinued. All of these benefits will always be

in conjunction with a highly effective immediate

45 Heat transfer to the external heat cycle

Achieved through the heat exchanger, so that the described Advantages for cooling the motor itself

The invention relates to a liquid container with an extremely effective groove

cooled electric motor, especially as a compressor for the waste heat for connected heat circuits

Drive for heat pumps, according to the generic term of the Ane 50. In the case of a compressor drive for heat pumps

Proverb 1. is thus the waste heat of the drive directly in

An electric motor of the aforementioned type is introduced into the circuit of the heat pump. So can he

knows (DE-OS 28 33 661), which flows through as a compressor drive for heat exchangers from a heating water

Heat pumps are used and in which the resulting damage is caused by the waste heat from the drive

heat is supplied through heat exchange to improve efficiency. The electric motor will

thermal efficiency is used. In this case, via the heat exchanger, directly from the respective

known electric motor is an external, separate! igen heat transfer medium of a heat utilization system

jacket-like housing is provided, which flows through a special ge. The invention can be simple

th external heat carrier leads. In such a way so realize that standard housings

Arrangement, however, the heat exchange function can still be used for such electric motors

insufficient. First there is a heat exchange and no special new housings are developed

the housing containing the stator winding and there must also be retrofitting of such

after a further heat exchange on the outer war-motors is made much easier. As a heat transfer medium

carrier. The utilization of the waste heat of the winding fluid comes in particular with a carrier oil

and the winding components are only available with an additional 65 set that does not include the windings and winding components.

Heat conduction and by a resulting warning way attacks and in particular the conventional

mega cases possible, so that the efficiency of the warm insulating varnish does not adversely affect,

exchange function and thus the use of waste heat. Both in terms of design and in particular